【谐波在电能计量装置中的影响】 电能计量装置
时间：2019-04-10 03:23:31 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘要：随着工业、农业和人民生活水平的不断提高，除了需要电能的大量增长外，电能质量及供电可靠性也日益受到人们的重视。作为影响电能质量的一个重要因素——谐波逐渐被提到了议事日程中来。但在众多的谐波研究课题当中，只注重了谐波在电网中的影响而忽视了对电能计量所带来的后果，从而使计量的公平性、公证性受到影响。本文主要从电能计量的角度对谐波进行了浅要分析。
关键词：谐波 ，计量， 影响
Abstract: along with the industry, agriculture and the continuous improvement of people"s living standard, besides need a large number of growth the power, power quality and power supply reliability is increasingly attention by people. As the impact of the power quality is an important factor-harmonic gradually been mentioned agenda. But in many of the harmonic of research topic, only pay attention to the harmonic in in the grid and ignore the effect of the consequences of electric power measure, so that the measurement of fairness, real affected. This article mainly from the point of view of electric power measure of the harmonic shallow analysis.
Keywords: harmonic, measurement, influence
中图分类号：R363.1+24文献标识码：A 文章编号：
1 谐波的概念
谐波一般采用IEEE标准中（标准519－1981）进行的定义：一个周期性电气量的正弦波分量，其频率是基波频率的整数倍。主要分为高次谐波（频率是基波频率的整数倍数）、间谐波（频率不为基波频率整数倍的正弦分量，也叫分数次谐波）、次谐波（低于工频的间谐波）、旁频（在整数次谐波附近的非整数次谐波）四类。
2 谐波的起因分析
谐波的起因－－谐波源，通常由非线性设备引起，包括传统非线性设备如：变压器、电弧炉、旋转电机等；现代电力电子非线性设备如：荧光灯、静止无功补偿器、变频器、三相电力变流器、电气化铁道等。举例分析：
2.1变压器
由于经济原因，变压器所使用的磁性材料通常在接近非线性区域运行。在这种情况下，即使所加的电压是正弦的，变压器的励磁电流也是非正弦的，因而包含谐波(主要是3次谐波)。同样，如果励磁电流是正弦的，则电压就是非正弦的。在三相变压器中，三角形联结或不接地星形联结使得零序的3倍数次谐波电流不能流通。
2.3荧光灯
在荧光灯中，每隔半个周波电压被建立起来直到荧光灯被点亮，点亮状态下荧光灯呈负电阻特性，其电流由感性的非线性镇流器来限制，因此电流是畸变的。
3 谐波的危害
电力系统谐波造成电网污染，正弦电压畸变，影响线路的稳定运行，电网的质量；使电容器的总运行电流变大、温度增高、寿命缩短；使变压器的铜耗增大、铁耗增大、噪声增大；增加电动机的附加损耗，降低效率，严重时使电动机过热并使出力减少；因谐波而引起继电保护和自动装置误动和拒动, 如相差高频保护频繁启动发信号或误切线路、行波保护误跳闸、零序保护误跳变压器、后备过流保护误跳变压器等。最多的事例是电气化铁道谐波引起110kV供电系统以及有关发变电站的保护和自动装置工作失误，尤其是负序闭锁或负序启动元件，有的日误动百次以上，引起保护误动致使大面积停电的事故也屡见不鲜。
4 电能计量表的频率特性
一般的电能计量表包括电磁式电能表和电子式电能表。
4.1电磁式电能表
当无谐波（基波频率50Hz）时，电磁式电能表的误差很小，而当存在谐波时，随着频率的增长，电磁式电能表的测量误差呈非线性负向增长。
图2：电磁式电能表频率特性
4.2电子式电能表
电子式电能表基于时分割原理来设计，使得电子式电能表的计量随频率的变化误差较小。电子式电能表由于频带较宽，对基波电能和谐波电能都能较准确计量，但由于其将谐波功率和基波功率同等对待，计量误差将会增大。
图3：电子式电能表频率特性
P*为全能量PF为基波能量
5 谐波对计量的误差影响及结果分析
5.1 计量值的理论分析
理论上，电子式电能表电能计量值PD约等于基波电能与各谐波电能矢量之和；而感应式电能表所计量的电能值PC是基波电能与各次谐波电能的“部分”矢量之和（考虑谐波电能系数），比电子式电能表更接近基波电能，而一般也可认为电磁式表记的读数是基波量。
在谐波量较小的情况下，上述误差可以忽略不计；但当谐波量较大时，这两种表就不能适应要求了。
5.2 谐波的流向分析
线性负荷不是谐波源，不发出谐波，但系统中存在谐波源时会吸收部分谐波功率；非线性负荷是谐波源，一般是将系统的部分基波功率转变成为谐波功率发送到“系统”中。由于谐波功率是有方向的，谐波功率是不能相互抵消的，基波功率总是由系统注入负荷的（除了发电机等电力能源生产设备外），故上述两种电能表在具体计量时会存在不同程度的误差。（如图示）
图4：谐波流向图（P1*为基波功率，Ph*为谐波功率）
5.3 电子计量表的误差分析
1）系统无谐波源，线性负荷的电量计量：
2）系统无谐波源，非线性负荷的电量计量：
但从按能量计费的角度来看，应该需要得到如下的计算结果：
3）系统存在谐波源，线性用户的电量计量：
4）系统存在谐波源，非线性用户的电量计量：
5.4 计量结果分析
当谐波存在且用电量较大时，采用基波电能或“全能量”计量电能都是不全面的，计量误差所导致的经济损失也是不容忽视的。
1.对于线性负载，用户多交电费（相比基波功率），当电能表计量少于全能量（基波＋谐波功率），供电方少计电费。
２.对于非线性负荷，谐波功率的值需考虑相位情况，计量比较复杂。一般地，谐波源以发出谐波功率为主，则用户少交电费，而电能表计量少于基波功率，供电方也少计费。
３.电能表准确反映实际功率，即基波和谐波的综合功率，称为全能量方式，也是目前国内的电能计量方式，使得在谐波下电能计量的准确性与合理性之间产生了矛盾。综合考虑对基波电能与谐波电能分别进行计量，如实反应电能计量的真实性和科学性，称为谐波电能计量方式。目前国内有多家公司生产出了专门针对谐波计量的电能表，在一些工业发达的地区已经尝试使用。
6 结束语
谐波治理需要长期的、统计性的监测工作，不仅考虑引入谐波计量型电能计量方式和设备，还需要综合考虑各种补偿装置的投入、产出和性能，同时通过修改和增加相关法规来处理谐波情况下的电能计量问题，达到公平和节能的双重目的。
参考文献：
【1】 罗安.电网谐波治理与无功补偿技术.中国电力出版社,2006.
【2】 欧阳森.配电网谐波检测、治理方案及其节能分析.2006.
【3】 杨啸天.电力系统谐波分析、测量、评估、计算与抑制及滤波新技术实务全书.中国电力科技出版社，2006.
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
